[发明专利]放射治疗系统中的可旋转的悬臂式机架

说明书

一种具有悬臂式机架的质子束治疗系统。所述悬臂式机架具有一个端部(固定端部)，所述端部附连到支撑所述机架的重量的外部结构。所述机架的其余部分处于悬置状态并且自由端部联接到射束喷嘴。主轴承联接到所述固定端部并且使得所述机架能够围绕等中心点在完整360°范围内旋转。大的配重可以设置在所述固定端部中以保持系统质心靠近于所述轴承。所述机架可以具有硬壳式壳体，所述硬壳式壳体包括悬臂区段，所述悬臂区段封闭机架射束线的磁体和其他部件；以及鼓区段，所述轴承放置在所述鼓区段上。

技术领域

本公开总体涉及放射治疗系统领域，并且更确切地说涉及放射治疗系统中的机架。

发明背景

在用于例如肿瘤放疗的典型的质子治疗系统中，从具有某一初始能量的加速器，例如回旋加速器或同步加速器产生并输出质子束。初始能量决定了质子束的最大穿透深度并且典型地为250MeV。在质子束行进穿过射束输送系统或射束线时，射束能量通过能量选择机构，例如降能器或能量过滤器(energy slit)来精确地调节。射束输送系统包括用于射束重定向(弯转)、聚焦和转向的多个磁体。具有放射喷嘴的旋转机架位于射束输送系统的端部处。最终，射束被递送到治疗台并且以基于肿瘤体积、几何形状、位置等而规定用于特定疗程的能级辐照到患者身上。

由于购买和维护这种放射系统的极高成本，医疗设施通常将一个加速器用于多个治疗台，因此用于加速器设施的高花费被分摊。尽管使用多治疗台单回旋加速器系统对于大型医疗设施来说能有效分摊成本，但是这种多机架系统的总成本对于可能仅需要一个治疗台的较小的卫生保健设施来说是相当高的。另外，一些多治疗台系统并不支持多个治疗台中的同时治疗。这导致了另一缺点：一个治疗台处的延迟会引起其他治疗台的延迟。

随着全世界对质子束放射治疗的需求的增长，高度期望有更小且更便宜的质子治疗系统来提高患者接受治疗的机会。在质子放射系统中，机架系统的单独重量通常就超过200吨，这主要来源于安装在机架中的大量磁体。为了支持并精确地控制大部分重量的运动，现有的可旋转机架由前环结构和后环结构支撑，在其间悬挂有机架射束线中的部件。也就是说，机架以简支方式支撑。

图1示出了根据现有技术的质子束治疗系统中的简支式机架100的支撑机构。机架100包括联接到射束喷嘴110的射束光学器件(或射束线)。射束线中的一系列磁体(未示出)操作来引导质子束的输送，所述质子束最终从射束喷嘴110离开并且辐照到患者身上。机架100围绕等中心点101旋转，所述等中心点101限定操作期间治疗台和患者的定位。

机架100的重量以简支方式支撑在机架的两个端部处(如由虚线圆121和122所示)。更确切地说，前环120和后环150分别联接到机架100的前端和后端。前环120和后环150分别联接到可以随机架100旋转的前辊161和后辊162。环和辊通过由钢和混凝土制成的固定装置171和172附连到地面。

两个环130和150加上用于加固组件的其他结构构件使得机架系统在治疗台中看起来就像是一个相当庞大的圆锥形(如所示从右到左通常是锥形的)或圆柱形的鼓状结构。鼓状结构限定机架的总尺寸，诸如端到端机架长度102。这种鼓状机架不期望地限制了患者定位，并且使得很难对射束光学几何形状作出增量式改进，因为关键尺寸由机械结构决定，而不是由磁体定位决定。

更重要的是，由于完美地对准两个辊的固有难题，使用两个辊来进行支撑在旋转期间引入了随机挠度误差。因此，机架往往会晃动，从而使射束点位置以不可预知的方式移动。在实践中，为了试图修复随机误差并维持射束精度，大量时间和资源通常都花在了重新对准和重新定位辊上。

发明内容

因此，本文的公开内容提供了一种用于质子治疗系统的可旋转机架组件，所述可旋转机架组件具有结构支撑机构，所述结构支撑机构允许机架的紧凑而轻量的设计，并且还提供改进的机械可靠性和射束精度。